文档内容
第 21 讲 电离平衡
【化学学科素养】
1.变化观念与平衡思想:认识弱电解质的电离有一定限度,是可以调控的,能多角度、动态地分析弱
电解质的电离平衡,并运用平衡移动原理解决实际问题。
2.科学研究与创新意识:能发现和提出有关弱电解质的判断问题;能问题和假设出发,确定探究目
的,设计探究方案,进行哙验探究。
3.证据推理与模型认知:知道可以通过分析、推理等方法认识电离平衡的本质特征,建立模型。能运
用模型解释电离平衡的移动,揭示现象的本质和规律。
【必备知识解读】
一、弱电解质的电离平衡
1.弱电解质
强电解质 弱电解质
定义 在水溶液中能完全电离的电解质 在水溶液中只能部分电离的电解质
电离过程 不可逆,无电离平衡 可逆,存在电离平衡
在溶液中的
只有离子 既有离子,又有电解质分子
存在形式
①强酸,如HCl、HSO ①弱酸,如CHCOOH、HClO
2 4 3
物质类别
②强碱,如KOH、Ba(OH) ②弱碱,如NH ·H O、Mg(OH)
及示例 2 3 2 2
③大部分盐,如NaCl、BaSO ③水
4
(2)与化合物类型的关系
强电解质主要是大部分离子化合物及某些共价化合物,弱电解质主要是某些共价化合物。
2.弱电解质的电离概念
(1)电离平衡的建立
在一定条件下(如温度、压强等),当弱电解质电离产生离子的速率和离子结合成分子的速率相等时,
电离过程达到了平衡。
(2)电离平衡的建立与特征
①开始时,v(电离)最大,而v(结合)为0。
②平衡的建立过程中,v(电离)>v(结合)。
③当v(电离)=v(结合)时,电离过程达到平衡状态。
二、电离方程式的书写强酸 完全电离,如HCl === H+ + Cl-
强碱 完全电离,如Ba(OH) === Ba2+ + 2OH-
强 2
电 正盐 完全电离,如Na 2 CO 3 === 2Na+ + CO 3 2-
解 强酸的酸式盐 完全电离,如NaHSO === Na+ + H+ + SO2-
4 4
盐
质
第一步完全电离,第二步弱酸酸根部分电离,如
弱酸的酸式盐
NaHCO 3 === Na+ + HCO 3 -,HCO 3 - ⇌ H+ + CO 3 2-
一元弱酸 部分电离,如CH 3 COOH ⇌ CH 3 COO- + H+
弱 一元弱碱 部分电离,如 NH 3 ·H 2 O ⇌ NH+ 4 + OH-
电 H 2 O 部分电离, H 2 O ⇌ H+ + OH-
解 分步电离,必须分步写出,不可合并(以第一步电离为主)
多元弱酸
质 如H 2 CO 3 ⇌ H+ + HCO 3 -,HCO 3 - ⇌ H+ + CO 3 2-
多元弱碱 分步电离,中学阶段要求一步写出。如Fe(OH) 3 ⇌ Fe3+ + 3OH-
【特别提醒】强酸的酸式盐在熔融状态和水溶液中,电离方程式是不同的。
(1)熔融状态时:NaHSO === Na+ + HSO- ;
4 4
(2)溶于水时:NaHSO === Na+ + H+ + SO2-杨sir
4 4
三、电离平衡常数及其应用
1.概念:在一定条件下,当弱电解质的电离达到平衡时,溶液中弱电解质电离所生成的各种离子浓
度的乘积,与溶液中未电离分子的浓度之比是一个常数,这个常数叫做电离平衡常数,简称电离常数,用
K 表示(通常用K、K 分别表示弱酸、弱碱的电离平衡常数)。
a b 杨sir化学,侵权必究
2.表达式
(1)一元弱酸HA的电离常数:根据HA H++A-,可表示为K=。
a
(2)一元弱碱BOH的电离常数:根据BOH B++OH-,可表示为K =。
b
(3)多元弱酸、弱碱
电离方程式 电离常数表达式
c(H+)·c(HCO-)
K = 3
HCO H 2 CO 3 ⇌ H+ +HCO 3 - 1 c(H2CO3)
2 3 HCO 3 - ⇌ H+ +CO 3 2- K = c(H+)·c(CO 3 2-)
2 c(HCO-)
3
Cu(OH) c(Cu2+ )·c2(OH-)
Cu(OH) 2 ⇌ Cu2+ + 2OH- K= c[Cu(OH)2]
2
3.特点
(1)电离平衡常数与温度有关,与浓度无关,升高温度,K值增大。
(2)电离平衡常数反映弱电解质的相对强弱,K越大,表示弱电解质越易电离,酸性或碱性越强。
例如,在25 ℃时,K(HNO)=4.6×10-4,K(CHCOOH)=1.8×10-5,因而HNO 的酸性比CHCOOH强。
2 3 2 3(3)多元弱酸的各级电离常数的大小关系是K ≫K ≫K ……,故其酸性取决于第一步电离。
1 2 3
【关键能力拓展】
1.外因对电离平衡的影响
(1)浓度:在一定温度下,同一弱电解质溶液,浓度越小,越易电离。
(2)温度:温度越高,电离程度越大。
(3)同离子效应:加入与弱电解质具有相同离子的电解质时,可使电离平衡向结合成弱电解质分子的方
向移动。
(4)化学反应:加入能与弱电解质电离出的离子反应的物质时,可使电离平衡向电离方向移动。如:
以0.1 mol·L-1 CHCOOH溶液为例,填写外界条件对CHCOOH CHCOO-+H+ ΔH>0的影响。
3 3 3
改变条件 平衡移动方向 n(H+) c(H+) 导电能力 K
a
加水稀释 向右 增大 减小 减弱 不变
加入少量冰醋酸 向右 增大 增大 增强 不变
通入HCl(g) 向左 增大 增大 增强 不变
加NaOH(s) 向右 减小 减小 增强 不变
加CHCOONa(s) 向左 减小 减小 增强 不变
3
加入镁粉 向右 减小 减小 增强 不变
升高温度 向右 增大 增大 增强 增大
2.一元强酸(HCl)与一元弱酸(CHCOOH)的比较
3
(1)相同物质的量浓度、相同体积的盐酸与醋酸溶液的比较
比较项目 与活泼金属反应 开始与金属反
c(H+) pH 中和碱的能力
酸 产生H 2 的量 应的速率
盐酸 大 小 大
相同 相同
醋酸溶液 小 大 小
(2)相同pH、相同体积的盐酸与醋酸溶液的比较
比较项目 与足量活泼金属 开始与金属
c(H+) c(酸) 中和碱的能力
酸 反应产生H 2 的量 反应的速率
盐酸 小 小 少
相同 相同
醋酸溶液 大 大 多
3.一元强酸(HCl)与一元弱酸(CHCOOH)稀释图像比较
3
(1)相同体积、相同浓度的盐酸、醋酸
加水稀释相同的倍数,醋酸的pH大 加水稀释到相同的pH,盐酸加入的水多
(2)相同体积、相同pH值的盐酸、醋酸
加水稀释到相同的pH,醋酸加入的水
加水稀释相同的倍数,盐酸的pH大
多
4.电离度
(1)概念:弱电解质达电离平衡时,已电离的电解质分子数占原来总分子数(包括已电离的和未电
离的)的百分数。
(2)表示方法
α=×100%
也可表示为α=×100%
(3)影响因素
①相同温度下,同一弱电解质,浓度越大,其电离度(α)越小。
②相同浓度下,同一弱电解质,温度越高,其电离度(α)越大。
(4)意义:表示不同弱电解质在水溶液中的电离程度,在相等条件下可用电离度比较弱电解质的相
对强弱。
【核心题型例解】
高频考点一 电离方程式
【例1】下列指定化学用语正确的是
A.NaHCO 的电离方程式:NaHCO =Na++H++
3 3
B.HF的电离方程式:HF=H++F-
C.NaHSO 在水溶液中的电离方程式:NaHSO=Na++H++
4 4
D.H
2
S的电离方程式:H
2
S⇌2H++S2-
【答案】C
【解析】碳酸是弱酸,NaHCO 的电离方程式为:NaHCO =Na++ 、 +H+,A错
3 3
误;氢氟酸为弱酸,部分电离:HF H++F-,B错误;硫酸为强酸,NaHSO 在水溶液完全电离,电离方
4
程式为:NaHSO=Na++H++ ,C正确;氢硫酸为二元弱酸,分两步电离,HS H++HS-,HS- H+
4 2+S2-,D错误;
故选C。
【变式探究】下列说法正确的是
A.NaCO 是强电解质,故NaCO 的电离方程式为NaCO=Na +CO
2 3 2 3 2 3
B.室温下,0.1 mol·L-1的BOH溶液的pH=11,则BOH的电离方程式为BOH B++OH-
C.25 ℃ NaA溶液的pH>7,则HA的电离方程式为HA=H++A-
D.CaCO 的饱和水溶液导电性很弱,故CaCO 的电离方程式为CaCO Ca2++CO
3 3 3
【答案】B
【解析】NaCO 的电离方程式为NaCO=2Na++CO ,故A错误;室温下,0.1 mol·L-1的BOH溶液
2 3 2 3
的pH=11,说明BOH为弱碱,电离过程可逆,电离方程式为:BOH B++OH-,故B正确;25 ℃ NaA
溶液的pH>7,说明NaA是强碱弱酸盐,HA为弱酸,电离过程可逆,电离方程式为:HA H++A-,故
C错误;CaCO 难溶,但属于强电解质,全部电离,电离方程式为:CaCO =Ca2++CO ,故D错误;故
3 3
选B。
高频考点二 弱电解质的电离平衡
【例2】(2022·全国乙卷)常温下,一元酸 的 。在某体系中, 与A-离子不
能穿过隔膜,未电离的 可自由穿过该膜(如图所示)。
设溶液中 ,当达到平衡时,下列叙述正确的是
A. 溶液Ⅰ中
B. 溶液Ⅱ中的HA的电离度 为
C. 溶液Ⅰ和Ⅱ中的 不相等D. 溶液Ⅰ和Ⅱ中的 之比为
【答案】B
【解析】常温下溶液I的pH=7.0,则溶液I中c(H+)=c(OH-)=1×10-7mol/L,c(H+)<c(OH-)+c(A-),A错
误;常温下溶液II的pH=1.0,溶液中c(H+)=0.1mol/L,K= =1.0×10-3,c (HA)=c(HA)+c(A-),则
a 总
=1.0×10-3,解得 = ,B正确;根据题意,未电离的HA可自由穿过隔膜,故溶液I和
II中的c(HA)相等,C错误;常温下溶液I的pH=7.0,溶液I中c(H+)=1×10-7mol/L,K= =1.0×10-
a
3,c (HA)=c(HA)+c(A-), =1.0×10-3,溶液I中c (HA)=(104+1)c(HA),溶液II的
总 总
pH=1.0,溶液II中c(H+)=0.1mol/L,K= =1.0×10-3,c (HA)=c(HA)+c(A-),
a 总
=1.0×10-3,溶液II中c (HA)=1.01c(HA),未电离的HA可自由穿过隔膜,故溶液I和II中的c(HA)相等,
总
溶液I和II中c (HA)之比为[(104+1)c(HA)]∶[1.01c(HA)]=(104+1)∶1.01≈104,D错误;答案选B。
总
【归纳总结】外界条件对电离平衡影响的四个“不一定”
(1)稀醋酸加水稀释时,溶液中不一定所有的离子浓度都减小。
因为温度不变,K =c(H+)·c(OH-)是定值,稀醋酸加水稀释时,溶液中的c(H+)减小,故c(OH-)增大。
w
(2)电离平衡右移,电解质分子的浓度不一定减小,离子的浓度不一定增大,电离程度也不一定增大。
如对于CHCOOH CHCOO-+H+,平衡后,加入冰醋酸,c(CHCOOH)增大,平衡右移,根据勒
3 3 3
夏特列原理,只能“减弱”而不能“消除”,再次平衡时,c(CHCOOH)比原平衡时大;加水稀释或加少
3
量NaOH固体,都会使平衡右移,但 c(CHCOOH)、c(H+)都比原平衡时要小;加水稀释或增大弱电解质
3
的浓度,都使平衡右移,但加水稀释时弱电解质的电离程度增大,而增大弱电解质的浓度时弱电解质的电
离程度减小。
【变式探究】要使0.1 mol·L-1的醋酸溶液中 的值增大,可以采取的措施是①加少量NaCl固体 ②升高温度 ③加少量冰醋酸 ④加水 ⑤加少量醋酸钠
固体
A.①② B.②③④ C.③④⑤ D.②④
【答案】D
【解析】醋酸溶液中存在 ,①加少量NaCl固体,电离平衡不移动,
比值不变,①错误;②弱电解质的电离过程是吸热的,升高温度促进电离,溶液中c(H+)增
大,c(CHCOOH)降低,所以比值增大,②正确;③加少量冰醋酸, ,平衡常数
3
不变,平衡向右移动所以醋酸根离子浓度增大, 比值减小,③错误;④加水溶液体积增大,
导致c(H+)、c(CHCOOH)都减小,但是电离平衡正向移动,c(CHCOOH)减小更多,所以比值增大,④正
3 3
确;⑤加少量醋酸钠固体,电离平衡逆向移动,则氢离子浓度减小,醋酸浓度增大,则 减
小,⑤错误;综上②④符合题意,D正确,故选D。
【变式探究】醋酸溶液中存在电离平衡: ,下列叙述不正确的是
A.升高温度,醋酸的电离常数 增大
B. 的 溶液加水稀释,溶液中导电粒子的数目增大
C. 溶液中加少量的 固体,平衡逆向移动
D.25℃时,欲使醋酸溶液的氢离子浓度、电离常数 和电离程度都减小,可加入少量冰醋酸
【答案】D
【解析】电离平衡常数只受温度的影响,弱电解质的电离是吸热过程,升高温度,促进电离,电离平衡常数增大,故A说法正确;导电粒子是指阴阳离子,醋酸为弱酸,其电离方程式为CHCOOH
3
CHCOO-+H+,加水稀释,促进电离,n(CHCOO-)、n(H+)物质的量增大,它们数目增大,故B说法正确;
3 3
醋酸为弱酸,其电离方程式为CHCOOH CHCOO-+H+,加入醋酸钠,c(CHCOO-)增大,平衡逆向移
3 3 3
动,故C说法正确;电离平衡常数只受温度的影响,加入少量醋酸,温度不变,电离平衡常数不变,故D
说法错误;答案为D。
高频考点三 溶液导电性图像分析
【例3】NaOH溶液滴定邻苯二甲酸氢钾(邻苯二甲酸HA的K =1.1×10−3 ,K =3.9×10−6)溶液,混
2 a1 a2
合溶液的相对导电能力变化曲线如图所示,其中b点为反应终点。下列叙述错误的是
( )
A.混合溶液的导电能力与离子浓度和种类有关
B.Na+与A2−的导电能力之和大于HA−的
C.b点的混合溶液pH=7
D.c点的混合溶液中,c(Na+)>c(K+)>c(OH−)
【答案】C
【解析】向邻苯二甲酸氢钾溶液中加入氢氧化钠溶液,两者反应生成邻苯二甲酸钾和邻苯二甲酸钠,
溶液中Na+和A2—的浓度增大。由图像可知,溶液导电性增强,说明导电能力与离子浓度和种类有关,A正
确;a点和b点K+的物质的量相同,K+的物质的量浓度变化不明显,HA—转化为A2—,b点导电性强于a点,
说明Na+和A2—的导电能力强于HA—,B正确;b点邻苯二甲酸氢钾溶液与氢氧化钠溶液恰好完全反应生成
邻苯二甲酸钾和邻苯二甲酸钠,邻苯二甲酸钾为强碱弱酸盐,A2—在溶液中水解使溶液呈碱性,溶液pH>
7,C错误;b点邻苯二甲酸氢钾溶液与氢氧化钠溶液恰好完全反应生成等物质的量的邻苯二甲酸钾和邻苯
二甲酸钠,溶液中c(Na+)和c(K+)相等,c点是继续加入氢氧化钠溶液后,得到邻苯二甲酸钾、邻苯
二甲酸钠、氢氧化钠的混合溶液,则溶液中c(Na+)>c(K+),由图可知,a点到b点加入氢氧化钠溶液
的体积大于b点到c点加入氢氧化钠溶液的体积,则溶液中c(K+)>c(OH—),溶液中三者大小顺序为c(Na+)>c(K+)>c(OH—),D正确。
【方法技巧】影响电解质溶液的导电能力的主要因素
电解质溶液的导电能力主要取决于离子的浓度、离子在电场中的运动速率以及离子所带的电荷数目。
(1)相同条件下溶液的离子浓度越大,其导电能力越强。
(2)相同离子浓度时,离子所带的电荷数越多,溶液的导电能力越强。
(3)温度越高,溶液的导电能力越强。
【变式探究】在一定温度下,冰醋酸稀释过程中溶液的导电能力变化如图所示。下列说法错误的是
A.加水前导电能力约为零的原因是冰醋酸中几乎没有自由移动的离子
B.a、b、c三点对应的溶液中,CHCOOH电离程度最大的是c
3
C.a、b、c三点对应的溶液中,c(H+)由小到大的顺序是c<a<b
D.在b点加入浓硫酸,可使溶液中c(CHCOO-)增大、c(H+)增大
3
【答案】D
【解析】加水前导电能力约为零,是因为冰醋酸没有电离,没有自由移动的离子,A正确;醋酸越稀
越电离,所以a、b、c三点对应的溶液中,CHCOOH电离程度由小到大的顺序是正a<b<c,CHCOOH
3 3
电离程度最大的是c,B正确; 溶液的导电能力越强,离子浓度越大,a、b、c三点中,导电能力最强的
是b点,所以a、b、c三点对应的溶液中,c(H+)由小到大的顺序是c<a<b ,C正确; 在b点加入浓硫
酸,可使溶液中c(H+)增大,电离平衡:CHCOOH CHCOO-+H+逆向移动,导致溶液中c(CHCOO-)减
3 3 3
小,D错误;故答案为D。
高频考点四 强、弱电解质的判断与比较
的
【例4】(2022·浙江卷)下列物质属于非电解质 是( )
A.CH B.KI C.NaOH D.CHCOOH
4 3
【答案】A
【解析】水溶液中或熔融状态下能够导电的化合物称为电解质,包括酸、碱、大多数的盐都是电解
质;在水溶液中和熔融状态下均不能导电的化合物为非电解质;据此解答。CH 属于有机物,在水溶液中
4
和熔融状态下均不导电的化合物,为非电解质,故A符合题意;KI属于盐,在水溶液中和熔融状态下能导电的化合物,为电解质,故B不符合题意;NaOH属于碱,在水溶液中和熔融状态下能导电的化合物,为
电解质,故C不符合题意;CHCOOH属于酸,在水溶液中能电离出H+离子和CHCOO-离子,即
3 3
CHCOOH是在水溶液中导电的化合物,为电解质,故D不符合题意;答案为A。
3
【变式探究】下列事实中一定能证明 是弱电解质的是
①用 溶液做导电实验,灯泡很暗
② 溶液的
③等pH等体积的硫酸、 溶液和足量锌反应, 放出的氢气较多
④ 醋酸溶液恰好与 溶液完全反应
⑤ 的 溶液稀释至1000倍,
A.①②④⑤ B.②③⑤ C.①②③④⑤ D.①②⑤
【答案】B
【解析】①用CHCOOH溶液做导电实验,没有与同浓度的强电解质对比,灯泡很暗不能证明
3
CHCOOH是否完全电离,①不符合题意;②0.1mol·L-1CHCOOH溶液若完全电离则c(H+)=0.1mol·L-1,
3 3
pH=2.1,则c(H+)=10-2.1mol·L-1,说明CHCOOH没有完全电离,即证明CHCOOH是弱电解质,②符合题
3 3
意;③等pH等体积的硫酸、CHCOOH溶液和足量锌反应,CHCOOH放出的氢气较多,说明CHCOOH
3 3 3
溶液还能电离出H+,原来CHCOOH没有完全电离,即证明CHCOOH是弱电解质,③符合题意;④醋酸
3 3
溶液与NaOH溶液反应,反应量与其是否完全电离无关,与其总物质的量有关,20mL0.2mol·L-1醋酸溶液
恰好与20mL0.2mol·L-1NaOH溶液完全反应,不能说明醋酸是否完全电离,即不能证明CHCOOH是弱电
3
解质,④不符合题意;⑤pH=1的CHCOOH溶液稀释至1000倍,pH<4,说明c(H+)没有稀释1000倍,
3
即稀释过程继续电离,说明原CHCOOH溶液没有完全电离,即证明CHCOOH是弱电解质,⑤符合题
3 3
意;符合题意的有②③⑤,故答案选B。
【方法技巧】判断弱电解质的三个思维角度
角度一:弱电解质的定义,即弱电解质不能完全电离,如0.1 mol·L-1的CHCOOH溶液的pH>1。
3
角度二:弱电解质溶液中存在电离平衡,条件改变,平衡移动,如pH=1的CHCOOH溶液加水稀释
3
10倍后,17。
【变式探究】下列物质中,属于强电解质的是
A.硫酸钠 B.盐酸 C.二氧化硫 D.一水合氨
【答案】A
【解析】硫酸钠属于硫酸盐,在溶液中完全电离,属于强电解质,故A符合题意;强电解质必需是化
合物,而盐酸是混合物,所欲盐酸不属于强电解质,故B不符合题意;二氧化硫本身不能导电,其溶于水
能导电是因为与水生成亚硫酸,二氧化硫是非电解质,故C不符合题意;一水合氨属于弱电解质,故D不
符合题意;故选A。
高频考点五 电离平衡常数及其应用
【例5】以下是常温下几种弱酸的电离平衡常数:下列说法正确的是
CHCOOH HS HClO
3 2
K=1.8×10-5 K=1.3×10-7;K=7.1×10-15 K=4.69×10-11
1 2
A.可发生反应:HS+2ClO-=S2-+2HClO
2
B.CHCOOH溶液与NaS溶液不能反应生成NaHS
3 2
C.同物质的量浓度的HS、HClO、CHCOOH溶液,酸性最强的是CHCOOH
2 3 3
D.NaS、NaClO、CHCOONa中,结合质子能力最强的NaClO
2 3
【答案】C
【解析】次氯酸根具有强氧化性,与HS反应时发生的是氧化还原反应,HS被氧化生成硫单质,故
2 2
A错误;根据电离平衡常数可知酸性强弱为:CHCOOH>HS,所以当少量醋酸与NaS溶液反应时会生成
3 2 2
NaHS,故B错误;根据电离平衡常数可知酸性强弱为:CHCOOH>HS>HClO>HS-,所以同物质的量浓
3 2
度的HS、HClO、CHCOOH溶液,酸性最强的是CHCOOH,故C正确;根据电离平衡常数可知酸性强
2 3 3
弱为:CHCOOH>HS>HClO>HS-,酸越弱则酸根离子得到质子能力越强:CHCOO-<HS-<ClO-<S2-,
3 2 3
结合质子能力最强的NaS,故D错误;故选C。
2
【变式探究】已知氢氟酸、次氯酸、碳酸在25°C下的电离常数分别为:
HF K=6.8×10-4 mol·L-1
a
HClO K=2.9×10-8mol·L-1
a
K = 4.4×10-7mol·L—1 K = 4.7×10-
HCO al a2
2 3 11mol·L-1
根据上述数据,下列叙述不正确的是A.等浓度的NaF、NaClO溶液的pH值大小:NaF < NaClO
B.少量的CO 通入NaClO溶液中反应的离子方程式为:CO + H O +2ClO- = + 2HClO
2 2 2
C.将浓度均为0.1 mol·L-1的上述三种酸溶液分别稀释10倍,pH变化最大的是HF
D.结合H+的能力, 比 更强
【答案】B
【解析】盐类水解时越弱越水解,K(HF) > K(HClO),所以酸性HF> HClO,水解程度F- < C1O-,因
a a
而pH : NaF < NaClO,选项A正确;依据图表数据分析可知,酸性HF> H CO > HClO > ,所以将少
2 3
量CO 通入NaClO溶液中反应生成次氯酸和碳酸氢钠,反应的离子方程式为: CO + H O +ClO- = +
2 2 2
HClO,选项B不正确;浓度相同的酸的溶液稀释相同倍数后,酸性越强的酸其溶液的pH变化越大,三种
酸中HF的酸性最强,故将浓度均为0.1 mol·L-1的上述三种酸溶液分别稀释10倍,pH变化最大的是HF,
选项C正确;越容易水解的盐,其阴离子越容易结合氢离子,相同浓度的钠盐溶液,pH越大,则盐的水
解程度越大,其中最容易水解的盐是碳酸钠,所以结合H+的能力, 比 更强,选项D正确;故选
B。